Wetenschap
Onderzoekers ontdekken dat calcium aardappelplanten kan beschermen tegen bacteriële verwelking
Wetenschappers hebben ontdekt dat calcium een belangrijke rol speelt bij het vergroten van de weerstand van aardappelplanten tegen bacteriële verwelkingsziekte. Deze ziekte veroorzaakt wereldwijde aardappelverliezen die 19 miljard dollar per jaar kosten. De bevindingen openen nieuwe wegen voor geïntegreerde strategieën voor ziektebeheer, waaronder het potentieel voor calciumwijzigingen in de bodem als onderdeel van een alomvattende aanpak voor het beheersen van bacteriële verwelkingsziekte in aardappelen.
Het onderzoek is gepubliceerd in Applied and Environmental Microbiology .
Ralstonia solanacearum soortencomplex (RSSC) is een fytopathogene bacteriegroep die bacteriële verwelkingsziekte veroorzaakt in verschillende gewassen.
"Ons onderzoeksteam is al jaren toegewijd aan het bestuderen van het Ralstonia solancearum-aardappelpathosysteem, met een primaire focus op het ontwikkelen van aardappelvariëteiten die resistent zijn tegen bacteriële verwelking", zegt de corresponderende studieauteur María Inés Siri, Ph.D., van het Departement voor Geneeskunde. Biowetenschappen, Universiteit van de Republiek, in Montevideo, Uruguay.
Pathosystemen zoals deze zijn subsystemen van ecosystemen die specifiek worden gedefinieerd door parasitisme, waarbij de parasiet elke soort is die een aanzienlijk deel van zijn leven doorbrengt met het bewonen en verkrijgen van voedingsstoffen van een gastheer. Siri zei dat tot nu toe de relatie tussen het ionoom van de aardappelplant (de samenstelling van mineralen en sporenelementen) en de resistentieniveaus tegen RSSC niet is aangepakt.
In de nieuwe studie startten de onderzoekers hun onderzoek met behulp van genotypen van aardappelplanten met contrasterende niveaus van resistentie tegen bacteriële verwelking. Dankzij deze aanpak konden de onderzoekers onderzoeken hoe verschillende niveaus van natuurlijke weerstand binnen de planten konden worden gekoppeld aan hun minerale samenstelling.
De onderzoekers beoordeelden het mineraalgehalte in verschillende delen van de aardappelplanten, zoals het xyleemsap, wortels, stengels en bladeren, waarbij ze zich concentreerden op de relatie tussen deze mineralen, met name calcium, en de weerstand van de planten tegen bacteriële verwelking.
Na deze mineralenbeoordeling onderzochten de wetenschappers de impact van calcium op verschillende aspecten die verband houden met de virulentie van de ziekteverwekker, waaronder de groeisnelheid, het vermogen om biofilms te vormen en de beweeglijkheid.
Bovendien evalueerden ze het effect van calcium op het verhogen van de weerstand van planten door middel van gecontroleerde inentingsproeven, wat een uitgebreid beeld gaf van hoe calciumsuppletie mogelijk de afweermechanismen van de aardappelplant tegen bacteriële verwelking zou kunnen versterken.
Het team ontdekte een positieve relatie tussen de calciumconcentraties en de resistentieniveaus van aardappelgenotypes tegen bacteriële verwelkingsziekte. Ze ontdekten ook dat calciumsuppletie aan de aardappel de groeisnelheid van de ziekteverwekker die de verwelkingsziekte veroorzaakt aanzienlijk kon verminderen en een negatieve invloed had op het vermogen van de ziekteverwekker om biofilms te vormen en te bewegen, wat cruciaal is voor de virulentie en het vermogen om ziekten te veroorzaken.
"Er zijn verschillende opwindende richtingen voor toekomstig onderzoek die voortkomen uit onze bevindingen", zei Siri.
"We zijn van plan dieper in te gaan op het begrip hoe calcium het pathosysteem op transcriptomisch niveau beïnvloedt, inclusief afweermechanismen van planten en de virulentie van de ziekteverwekker. We willen ook de rol van het plantenmicrobioom in resistentie onderzoeken en praktische veldbeheerstrategieën ontwikkelen die calciumbemesting omvatten."
De studie is de eerste waarbij gebruik wordt gemaakt van microfluïdische kamers om de groei van pathogenen en de vorming van biofilms te monitoren onder omstandigheden die het vasculaire systeem van de plant nabootsen, zei Siri. Deze innovatieve aanpak heeft waardevolle inzichten opgeleverd over hoe calciumsuppletie het vermogen van de ziekteverwekker om biofilms te vormen, een sleutelfactor in de virulentie ervan, kan belemmeren.
"Bovendien is deze methodologische vooruitgang niet alleen beperkt tot onze huidige studie, maar houdt ze ook belofte in voor toekomstig onderzoek naar deze belangrijke vasculaire ziekteverwekker," zei Siri.
"Door een nieuw instrument voor gedetailleerde observatie en analyse aan te bieden, zou onze aanpak gebruikt kunnen worden in verdere studies om de complexiteit van plant-pathogeen interacties te ontrafelen en nieuwe strategieën voor ziektebeheer te onderzoeken."